Các nhà sản xuất ô tô trên toàn thế giới đều tập trung vào điện khí hóa xe. Xe ô tô cần sạc nhanh hơn và phạm vi hoạt động rộng hơn trong một lần sạc. Điều này ngụ ý rằng, mạch điện và điện tử trong xe phải có khả năng xử lý công suất cực cao và quản lý tổn thất hiệu quả. Cần có các giải pháp quản lý nhiệt mạnh mẽ để đảm bảo rằng các ứng dụng quan trọng về an toàn vẫn hoạt động.
Ngoài nhiệt do xe tự sinh ra, chỉ cần nghĩ đến tất cả khả năng chịu nhiệt mà xe của bạn và các thiết bị điện tử của xe phải có để xử lý các phạm vi nhiệt độ xung quanh rộng. Ví dụ, ở Ấn Độ, các vùng lạnh nhất phải đối mặt với nhiệt độ xuống dưới 0 ° C nhiều trong mùa đông và có thể vượt quá 45 ° C vào mùa hè đối với một số vùng khác.
Mỗi hệ thống con trong Xe điện (EV) yêu cầu theo dõi nhiệt độ. Bộ sạc trên bo mạch, bộ chuyển đổi DC / DC và điều khiển Biến tần / động cơ yêu cầu điều khiển an toàn và hiệu quả để bảo vệ công tắc nguồn (MOSFET / IGBT / SiC). Hệ thống quản lý pin (BMS) cũng yêu cầu độ phân giải tốt của phép đo nhiệt độ trên mức tế bào. Một thành phần phải chính xác ở nhiệt độ khắc nghiệt để bảo vệ hệ thống chắc chắn là cảm biến nhiệt độ. Thông tin nhiệt độ chính xác cho phép bộ xử lý bù nhiệt độ cho hệ thống để các mô-đun điện tử có thể tối ưu hóa hiệu suất và tối đa hóa độ tin cậy của chúng trong bất kể điều kiện lái xe nào. Điều này bao gồm cảm biến nhiệt độ của công tắc nguồn, các bộ phận từ nguồn, tản nhiệt, PCB, v.v. Dữ liệu nhiệt độ cũng giúp vận hành hệ thống làm mát một cách có kiểm soát.
Hệ số nhiệt độ âm (NTC) và nhiệt điện trở PTC (hệ số nhiệt độ dương) là một trong những thiết bị phổ biến nhất được sử dụng để theo dõi nhiệt độ. NTC là một điện trở thụ động và điện trở của NTC thay đổi theo nhiệt độ. Cụ thể hơn, khi nhiệt độ môi trường xung quanh NTC tăng lên, điện trở của NTC giảm. Các kỹ sư sẽ đặt NTC vào một bộ chia điện áp với tín hiệu đầu ra của bộ phân áp được đọc vào kênh chuyển đổi tương tự-kỹ thuật số (ADC) của một bộ vi điều khiển (MCU).
Tuy nhiên, có một số đặc điểm của NTC có thể gây khó khăn khi sử dụng trong môi trường ô tô. Như đã đề cập trước đây, điện trở của NTC thay đổi tỷ lệ nghịch với nhiệt độ, nhưng mối quan hệ này là phi tuyến. Hình dưới đây cho thấy một ví dụ về bộ chia điện áp dựa trên NTC điển hình.
Khi bạn xem xét nhiệt tạo ra từ các hệ thống con khác nhau trong EV và khí hậu tồn tại ở các khu vực khác nhau trên thế giới, rõ ràng là các bộ phận bán dẫn của xe sẽ phải tiếp xúc với một loạt nhiệt độ (-40 ° C đến 150 ° C). Trong một phạm vi nhiệt độ rộng, hành vi phi tuyến tính của NTC sẽ gây khó khăn cho việc giảm sai số khi bạn chuyển giá trị điện áp sang phép đo nhiệt độ thực tế. Lỗi được đưa ra từ đường cong phi tuyến của NTC làm giảm độ chính xác của bất kỳ phép đọc nhiệt độ nào dựa trên NTC.
Cảm biến nhiệt độ IC đầu ra tương tự sẽ có phản ứng tuyến tính hơn khi so sánh với NTC như trong hình trên. Và MCU có thể dễ dàng chuyển điện áp thành dữ liệu nhiệt độ với độ chính xác và tốc độ cao hơn. Cuối cùng, IC cảm biến nhiệt độ tương tự thường có độ nhạy nhiệt độ vượt trội ở nhiệt độ cao so với NTC. Cảm biến nhiệt độ IC có chung một loại thị trường với các công nghệ cảm biến khác như nhiệt điện trở, cảm biến nhiệt độ điện trở (RTD) và cặp nhiệt điện, nhưng IC có một số lợi ích quan trọng khi yêu cầu độ chính xác tốt ở nhiệt độ rộng như dải AEC-Q100 Cấp 0 (-40 ° C đến 150 ° C). Đầu tiên, giới hạn độ chính xác của cảm biến nhiệt độ IC được tính bằng độ C trong bảng dữ liệu trên toàn bộ phạm vi hoạt động; ngược lại,một điện trở nhiệt hệ số nhiệt độ âm điển hình (NTC) chỉ có thể chỉ định độ chính xác của điện trở tính bằng phần trăm tại một điểm nhiệt độ duy nhất. Sau đó, bạn cần phải tính toán cẩn thận tổng độ chính xác của hệ thống cho toàn bộ dải nhiệt độ khi sử dụng nhiệt điện trở. Trên thực tế, hãy cẩn thận kiểm tra các điều kiện hoạt động quy định độ chính xác của bất kỳ cảm biến nào.
Khi chọn một IC, hãy nhớ rằng có một số loại - có giá trị khác nhau cho các ứng dụng ô tô khác nhau.
- Đầu ra tương tự: Các thiết bị như LMT87-Q1 (có sẵn trong AEC-Q100 Lớp 0) là các giải pháp đơn giản, ba chân cung cấp nhiều tùy chọn độ lợi để phù hợp nhất với bộ chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số (ADC) đã chọn của bạn, cho phép bạn xác định độ phân giải tổng thể. Bạn cũng nhận được lợi ích của việc tiêu thụ điện năng hoạt động thấp, tương đối nhất quán trong phạm vi nhiệt độ so với nhiệt điện trở. Điều này có nghĩa là bạn không phải đánh đổi nguồn điện để có hiệu suất ồn.
- Đầu ra kỹ thuật số: Để đơn giản hóa hơn nữa việc triển khai quản lý nhiệt của bạn, TI cung cấp các cảm biến nhiệt độ kỹ thuật số sẽ truyền trực tiếp nhiệt độ qua các giao diện như I²C hoặc Giao diện ngoại vi nối tiếp (SPI). Ví dụ: TMP102-Q1 sẽ theo dõi nhiệt độ với độ chính xác ± 3.0 ° C từ -40 ° C đến + 125 ° C và truyền trực tiếp nhiệt độ trên I²C tới MCU. Điều này loại bỏ hoàn toàn nhu cầu về bất kỳ loại bảng tra cứu hoặc phép tính nào dựa trên một hàm đa thức. Ngoài ra, thiết bị LMT01-Q1 là cảm biến nhiệt độ 2 chân có độ chính xác cao với giao diện vòng lặp dòng đếm xung dễ sử dụng, phù hợp với các ứng dụng trên bo mạch và ngoài bo mạch trong ô tô.
- Công tắc nhiệt độ: Nhiều công tắc đủ tiêu chuẩn cho ô tô của TI cung cấp các cảnh báo quá nhiệt đơn giản, đáng tin cậy, ví dụ TMP302-Q1. Nhưng có giá trị nhiệt độ tương tự cung cấp cho hệ thống của bạn một chỉ báo sớm mà bạn có thể sử dụng để quay trở lại hoạt động hạn chế trước khi đạt đến nhiệt độ tới hạn. Hệ thống con EV cũng có thể được hưởng lợi từ các ngưỡng có thể lập trình, dải nhiệt độ hoạt động cực rộng và độ tin cậy cao từ xác minh hoạt động trong mạch của LM57-Q1 do môi trường hoạt động khắc nghiệt (cả hai IC đều có sẵn trong AEC-Q100 Cấp 0). Để biết danh mục đầy đủ các bộ phận cảm biến nhiệt độ dựa trên vi mạch, bạn có thể truy cập:
Trong hầu hết các hệ thống phụ EV, MCU được cách ly khỏi công tắc nguồn và các thành phần khác mà nhiệt độ đang được cảm nhận. Dữ liệu đến từ cảm biến nhiệt độ đầu ra kỹ thuật số có thể được cách ly dễ dàng bằng các bộ cách ly kỹ thuật số đơn giản như dòng thiết bị ISO77xx-Q1 của TI. Dựa trên số lượng đường truyền kỹ thuật số được cách ly cần thiết và sự cách ly, bạn có thể chọn một phần phù hợp từ đây:
Dưới đây là sơ đồ khối của thiết kế tham chiếu TIDA-00752 cung cấp đầu ra xung kỹ thuật số qua hàng rào cách ly.
Tóm lại, nhiệt điện trở NTC thường được sử dụng để theo dõi nhiệt độ, nhưng phản ứng nhiệt độ phi tuyến của chúng có thể gây ra vấn đề cho các giải pháp ô tô. Các giải pháp cảm biến nhiệt độ tương tự và kỹ thuật số của TI cho phép bạn theo dõi chính xác và dễ dàng nhiệt độ của nhiều hệ thống ô tô.
Giới thiệu về tác giả
